CN114001464A - 一种热管式二次反射聚光的一体化塔式发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热管式二次反射聚光的一体化塔式发电系统，环形热管式吸收器通过承载塔架悬空设置在筒状水罐上方，环形热管式吸热器顶部套装有抛物面反射镜面，抛物面反射镜面上方通过蒸汽发生管连接有蒸汽发生器，环形热管式吸热器通过蒸发上升管与蒸汽发生器的换热进口连接，蒸汽发生器的换热出口通过冷凝回流管与环形热管式吸热器连接，蒸汽发生器的顶部通过蒸汽管道与过热换热器连接，过热换热器的换热进口通过蒸发段热管与筒状水罐内腔上部联通，过热换热器的换热出口通过回流段热管与筒状水罐内腔底部连通，过热换热器通过出口通道与发电机的蒸汽轮机连通。本发明的发电系统具有太阳能利用率高、可操作性强和成本低廉的特点。

Description

一种热管式二次反射聚光的一体化塔式发电系统

技术领域

本发明涉及太阳能热发电技术领域，特别是一种热管式二次反射聚光的一体化塔式发电系统。

背景技术

目前，太阳能发电技术是一项利用太阳能可再生资源服务于人类的技术；而且太阳能中的高温技术是我国太阳能热利用技术发展的重点，中温领域热利用技术可用于区域性建筑供暖、空调制冷、海水淡化及部分工业用热等。而高温领域，主要为太阳能热发电技术。

就研究现状而言，中国发明专利申请201210316364.1公开了一种塔式太阳能发电系统，提升了太阳能发电的整体控制的可操作性；中国发明专利申请、201310419565.9公开了一种蓄热换热一体化的塔式太阳能发电系统；中国发明专利申请201510133429.2公开了一种利用液氮辅助储能型塔式太阳能发电站。

但是，以上的三个专利中虽然都涉及到了塔式太阳能发电，但都存在太阳能利用率低的情况，且结构复杂。

针对于此，中国发明专利申请201610326403.4公开了一种塔式太阳能发电系统热工参数监控装，能实现远程监控，改善塔式发电的工作条件，从整体上提高了塔式太阳能发电系统的操作性。

但在实际应用中，发电系统普遍存在不稳定性、结构复杂、利用率低下等特性，故太阳能的利用效率还有很大的提高。

发明内容

本发明的最主要目的在于提供了一种热管式二次反射聚光的一体化塔式发电系统，具有太阳能利用率高、可操作性强和成本低廉的特点。

本发明可以通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种热管式二次反射聚光的一体化塔式发电系统，包括二次太阳能吸收器、过热换热器和环形热管式吸收器，所述二次太阳能吸收器包括筒状水罐，所述环形热管式吸收器通过承载塔架悬空设置在所述筒状水罐上方，所述环形热管式吸热器顶部套装有抛物面反射镜面，所述抛物面反射镜面上方通过蒸汽发生管连接有蒸汽发生器，所述所述环形热管式吸热器通过蒸发上升管与蒸汽发生器的换热进口连接，所述蒸汽发生器的换热出口通过冷凝回流管与环形热管式吸热器连接，所述蒸汽发生器的顶部通过蒸汽管道与过热换热器连接，所述过热换热器的换热进口通过蒸发段热管与所述筒状水罐内腔上部联通，所述过热换热器的换热出口通过回流段热管与所述筒状水罐内腔底部连通，所述过热换热器通过出口通道与发电机的蒸汽轮机连通。

从系统构成上，本发明中的二次太阳能吸收器，可对太阳光时进行再吸收，提高了太阳能的利用效率；从能源利用率上，本发明抛物面反射镜面，能够将反射到抛物面反射镜面上的太阳光反射到的二次太阳能吸收器的辐射收集热管上进行再吸收，提高了太阳能的利用效率；从结构设计上，本发明将环形热管式吸收器放置于塔架中间，降低了塔架的高度，节约了成本；从操作性上，本发明的整个系统中的水蒸汽的循环都是利用其自身和重力进行循环，在节约了材料和生产成本的同时，使整个系统的结构紧凑、可操作性更高、减少了维护成本。

进一步地，所述环形热管式吸热器包括上环形管和下环形管，所述上环形管和下环形管之间沿着圆周方向均匀分布有若干平行设置的吸热管，所述吸热管的两端分别与上环形管和下环形管连通，所述冷凝回流管的底端与上环形管连通，所述蒸发上升管的底端与下环形管连通。

进一步地，所述环形热管式吸热器内部还设置有曲面二次反射镜面，所述曲面二次反射镜面位于所述吸热管的内侧。环形热管式吸收器内部设置有曲面二次反射镜面，曲面二次反射镜面可将没有照射到环形热管吸热器外侧的太阳光反射到环形热管吸热器的吸热管内侧，从而进行太阳光的二次吸收，提高了太阳能的利用效率。

进一步地，所述蒸汽发生器、内部设置有液位传感器，所述蒸汽发生器的侧壁上设置有补水管口，所述补水管口上连接有补水电磁阀，所述液位传感器、补水电磁阀分别与补水控制器连接。当蒸汽发生器内部没水时，通过补水电磁阀、液位传感器和补水控制器的配合，能够给蒸汽发生器内部自动加水。

进一步地，所述筒状水罐内腔底部设有若干辐射收集热管，所述辐射收集热管在筒状水罐的内部呈环状均匀分布，确保对太阳光的吸收效果更好。

进一步地，所述蒸汽发生器内部设置有S型换热管，所述S型换热管的两端分别与蒸汽发生器的换热进口、换热出口连通，设置的S型换热管有助于提高换热的接触面积，使得更多的水能够蒸发成水蒸气，从而提高发电效率。

进一步地，所述承载塔架包括多个承载杆，承载杆固定在环形热管式吸热器与筒状水罐之间并沿着圆周方向均匀分布，，使得结构支撑更加稳定可靠。

进一步地，所述蒸汽发生器设置在抛物面反射镜面抛物面的焦点处。

本发明热管式二次反射聚光的一体化塔式发电系统具有如下有益的技术效果：

第一、太阳能利用率高，从系统构成上，本发明中的二次太阳能吸收器，可对太阳光时进行再吸收，提高了太阳能的利用效率；从能源利用率上，本发明抛物面反射镜面，能够将反射到抛物面反射镜面上的太阳光反射到的二次太阳能吸收器的辐射收集热管上进行再吸收，提高了太阳能的利用效率；

第二、可操作性强，本发明的整个系统中的水蒸汽的循环都是利用其自身和重力进行循环，在节约了材料和生产成本的同时，使整个系统的结构紧凑、可操作性更高；

第三、成本低廉，从结构设计上，本发明将环形热管式吸收器放置于塔架中间，降低了塔架的高度，节约了成本；从操作性上，本发明的整个系统中的水蒸汽的循环都是利用其自身和重力进行循环，在节约了材料和生产成本。

附图说明

附图1为一种热管式二次反射聚光的一体化塔式发电系统的整体结构立体示意图；

附图2为一种热管式二次反射聚光的一体化塔式发电系统的整体结构正视示意图；

附图3为一种热管式二次反射聚光的一体化塔式发电系统中蒸汽发生器内部的结构示意图；

附图4为一种热管式二次反射聚光的一体化塔式发电系统中环形热管式吸热器内部的结构示意图；

附图5为一种热管式二次反射聚光的一体化塔式发电系统中二次太阳能吸收器与过热换热器内部的结构示意图；

附图6为一种热管式二次反射聚光的一体化塔式发电系统与蒸汽轮机、发电机连接的结构示意图。

附图标记包括：1-蒸汽管道，2-补水管口，3-蒸汽发生器，4-冷凝回流管，5-蒸发上升管，6-抛物面反射镜面，7-环形热管式吸热器，71-下环形管，72-上环形管，73-吸热管，8-曲面二次反射镜面，9-承载塔架，10-二次太阳能吸收器，11-蒸发段热管，12-回流段热管，13-出口通道，14-过热换热器，15-辐射收集热管，16-筒状水罐，17-定日镜，18-蒸汽轮机，19-发电机。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例及对本发明产品作进一步详细的说明。

如图1～6所示，本发明公开了一种热管式二次反射聚光的一体化塔式发电系统，包括二次太阳能吸收器10、过热换热器14和环形热管式吸收器，所述二次太阳能吸收器10包括筒状水罐16，其特征在于：所述环形热管式吸收器通过承载塔架9悬空设置在所述筒状水罐16上方，所述环形热管式吸热器7顶部套装有抛物面反射镜面6，所述抛物面反射镜面6上方通过蒸汽发生管连接有蒸汽发生器3，所述所述环形热管式吸热器7通过蒸发上升管5与蒸汽发生器3的换热进口连接，所述蒸汽发生器3的换热出口通过冷凝回流管4与环形热管式吸热器7连接，所述蒸汽发生器3的顶部通过蒸汽管道1与过热换热器14连接，所述过热换热器14的换热进口通过蒸发段热管11与所述筒状水罐16内腔上部联通，所述过热换热器14的换热出口通过回流段热管12与所述筒状水罐16内腔底部连通，所述过热换热器14通过出口通道13与发电机19的蒸汽轮机18连通。

如图3～4所示，作为本发明的一个实施例，所述环形热管式吸热器7包括上环形管72和下环形管71，所述上环形管72和下环形管71之间沿着圆周方向均匀分布有若干平行设置的吸热管73，所述吸热管73的两端分别与上环形管72和下环形管71连通，所述冷凝回流管4的底端与上环形管72连通，所述蒸发上升管5的底端与下环形管71连通。

如图1、2、4所示，作为本发明的一个实施例，所述环形热管式吸热器7内部还设置有曲面二次反射镜面86，所述曲面二次反射镜面86位于所述吸热管73的内侧。

作为本发明的一个实施例，所述蒸汽发生器3、内部设置有液位传感器，所述蒸汽发生器3的侧壁上设置有补水管口2，所述补水管口2上连接有补水电磁阀，所述液位传感器、补水电磁阀分别与补水控制器连接。

作为本发明的一个实施例，所述筒状水罐16内腔底部设有若干辐射收集热管15，所述辐射收集热管15在筒状水罐16的内部呈环状均匀分布。

作为本发明的一个实施例，所述蒸汽发生器3内部设置有S型换热管，所述S型换热管的两端分别与蒸汽发生器3的换热进口、换热出口连通。

作为本发明的一个实施例，所述承载塔架9包括多个承载杆，承载杆固定在环形热管式吸热器7与筒状水罐16之间并沿着圆周方向均匀分布。

作为本发明的一个实施例，所述蒸汽发生器3设置在抛物面反射镜面6抛物面的焦点处。

本发明的工作原理是：

聚光过程：通过定日镜17组成的太阳能聚光场自动跟踪太阳，把太阳光反射到环形热管吸热器7的上环形管72、下环形管71和吸热管73的外表面上；同时，曲面二次反射镜面8会将环形热管式吸热器7的外表面没有吸收到的太阳辐射，从里面再次反射到环形热管式吸热器7的上环形管72、下环形管71和吸热管73的内表面上，提高了太阳能的利用效率；上环形管72、下环形管71和吸热管73会吸收太阳光，并加热内部的水介质。

另外，环形热管式吸热器7顶部套装有抛物面反射镜面6，抛物面反射镜面6能够将由定日镜17发射到抛物面反射镜面6上的太阳光反射到的二次太阳能吸收器10的辐射收集热管15上进行再吸收，提高了太阳能的利用效率。如果没有抛物面反射镜面6，就会导致部分由定日镜17发射的太能光不能得到充分吸收。

产蒸汽过程：环形热管吸热器7吸收的太阳辐射，用来直接加热蒸发上环形管72、下环形管71和吸热管73内的工作液，蒸发上升管5会将产生的蒸汽传送到蒸汽发生器3内的S型换热管内，S型换热管内的蒸汽和蒸汽发生器3中的水换热，从而产生高温高压的蒸汽；蒸汽从蒸汽发生器3顶部的蒸汽管道1传输到过热换热器14内；而加热水后被冷凝的工作液在重力作用下，经过冷凝回流管4，会循环回到环形热管吸热器7内。

二次太阳能接收器10接收太阳辐射的热量，通过二次太阳能吸收器10的辐射收集热管15，将筒状水罐16的筒状腔体内的水加热，使其产生高温高压的蒸汽，所产生的蒸汽通过蒸发段热管11传输到过热换热器14内，并与蒸汽管道1内的蒸汽进行换热。经过过热换热器14的换热后，蒸发段热管11传输的蒸汽会形成温度低的液态水；液态水通过回流段热管12回流至筒状水罐16的筒状腔体内，完成一个蒸汽循环。最后，经过二次换热的蒸汽从出口管道13流向蒸汽轮机18的驱动端，如此设置，能够补充蒸汽在蒸汽管道1传输过程中的热量损失。

发电过程：从出口管道13流出的高温高压蒸汽会流入蒸汽动力装置中，从而为蒸汽轮机18输出有用功提供了动力。蒸汽轮机18输出的有用功带动发电装置中的发电机19发电，从而完成一个发电过程

综上所述，本发明涉及的热管式二次反射聚光的一体化塔式太阳能发电系统，结构紧凑简单、节约原料、生产操作方便、太阳能利用率高。能更好的解决已知技术涉及的塔式太阳能发电系统中的结构复杂、生产成本高、操作复杂、太阳能利用率低的缺点。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种热管式二次反射聚光的一体化塔式发电系统，包括二次太阳能吸收器（10）、过热换热器（14）和环形热管式吸收器，所述二次太阳能吸收器（10）包括筒状水罐（16），其特征在于：所述环形热管式吸收器通过承载塔架（9）悬空设置在所述筒状水罐（16）上方，所述环形热管式吸热器（7）顶部套装有抛物面反射镜面（6），所述抛物面反射镜面（6）上方通过蒸汽发生管连接有蒸汽发生器（3），所述所述环形热管式吸热器（7）通过蒸发上升管（5）与蒸汽发生器（3）的换热进口连接，所述蒸汽发生器（3）的换热出口通过冷凝回流管（4）与环形热管式吸热器（7）连接，所述蒸汽发生器（3）的顶部通过蒸汽管道（1）与过热换热器（14）连接，所述过热换热器（14）的换热进口通过蒸发段热管（11）与所述筒状水罐（16）内腔上部联通，所述过热换热器（14）的换热出口通过回流段热管（12）与所述筒状水罐（16）内腔底部连通，所述过热换热器（14）通过出口通道（13）与发电机（19）的蒸汽轮机（18）连通。

2.根据权利要求1所述的热管式二次反射聚光的一体化塔式发电系统，其特征在于：所述环形热管式吸热器（7）包括上环形管（72）和下环形管（71），所述上环形管（72）和下环形管（71）之间沿着圆周方向均匀分布有若干平行设置的吸热管（73），所述吸热管（73）的两端分别与上环形管（72）和下环形管（71）连通，所述冷凝回流管（4）的底端与上环形管（72）连通，所述蒸发上升管（5）的底端与下环形管（71）连通。

3.根据权利要求2所述的热管式二次反射聚光的一体化塔式发电系统，其特征在于：所述环形热管式吸热器（7）内部还设置有曲面二次反射镜面（8）（6），所述曲面二次反射镜面（8）（6）位于所述吸热管（73）的内侧。

4.根据权利要求3所述的热管式二次反射聚光的一体化塔式发电系统，其特征在于：所述蒸汽发生器（3）、内部设置有液位传感器，所述蒸汽发生器（3）的侧壁上设置有补水管口（2），所述补水管口（2）上连接有补水电磁阀，所述液位传感器、补水电磁阀分别与补水控制器连接。

5.根据权利要求4所述的热管式二次反射聚光的一体化塔式发电系统，其特征在于：所述筒状水罐（16）内腔底部设有若干辐射收集热管（15），所述辐射收集热管（15）在筒状水罐（16）的内部呈环状均匀分布。

6.根据权利要求5所述的热管式二次反射聚光的一体化塔式发电系统，其特征在于：所述蒸汽发生器（3）内部设置有S型换热管，所述S型换热管的两端分别与蒸汽发生器（3）的换热进口、换热出口连通。

7.根据权利要求6所述的热管式二次反射聚光的一体化塔式发电系统，其特征在于：所述承载塔架（9）包括多个承载杆，承载杆固定在环形热管式吸热器（7）与筒状水罐（16）之间并沿着圆周方向均匀分布。

8.根据权利要求7所述的热管式二次反射聚光的一体化塔式发电系统，其特征在于：所述蒸汽发生器（3）设置在抛物面反射镜面（6）抛物面的焦点处。

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